MODUL 5. Antara Bersatu dan Berpisah

Transkripsi

1 MODUL 5

2 MODUL 5 Antara Bersatu dan Berpisah i

3 Kata Pengantar Daftar Isi Pendidikan kesetaraan sebagai pendidikan alternatif memberikan layanan kepada mayarakat yang karena kondisi geografis, sosial budaya, ekonomi dan psikologis tidak berkesempatan mengikuti pendidikan dasar dan menengah di jalur pendidikan formal. Kurikulum pendidikan kesetaraan dikembangkan mengacu pada kurikulum 2013 pendidikan dasar dan menengah hasil revisi berdasarkan peraturan Mendikbud No.24 tahun Proses adaptasi kurikulum 2013 ke dalam kurikulum pendidikan kesetaraan adalah melalui proses kontekstualisasi dan fungsionalisasi dari masing-masing kompetensi dasar, sehingga peserta didik memahami makna dari setiap kompetensi yang dipelajari. Pembelajaran pendidikan kesetaraan menggunakan prinsip flexible learning sesuai dengan karakteristik peserta didik kesetaraan. Penerapan prinsip pembelajaran tersebut menggunakan sistem pembelajaran modular dimana peserta didik memiliki kebebasan dalam penyelesaian tiap modul yang di sajikan. Konsekuensi dari sistem tersebut adalah perlunya disusun modul pembelajaran pendidikan kesetaraan yang memungkinkan peserta didik untuk belajar dan melakukan evaluasi ketuntasan secara mandiri. Tahun 2017 Direktorat Pembinaan Pendidikan Keaksaraan dan Kesetaraan, Direktorat Jendral Pendidikan Anak Usia Dini dan Pendidikan Masyarakat mengembangkan modul pembelajaran pendidikan kesetaraan dengan melibatkan pusat kurikulum dan perbukuan kemdikbud, para akademisi, pamong belajar, guru dan tutor pendidikan kesetaraan. Modul pendidikan kesetaraan disediakan mulai paket A tingkat kompetensi 2 (kelas 4 Paket A). Sedangkan untuk peserta didik Paket A usia sekolah, modul tingkat kompetensi 1 (Paket A setara SD kelas 1-3) menggunakan buku pelajaran Sekolah Dasar kelas 1-3, karena mereka masih memerlukan banyak bimbingan guru/tutor dan belum bisa belajar secara mandiri. Kata Pengantar... ii Daftar Isi... iii Petunjuk Penggunaan Modul... 1 Tujuan Pembelajaran Modul... 1 Pengantar Modul... 1 UNIT 1 IMPULS DAN MOMENTUM... 2 A. Apakah Impuls Itu?... 2 B. Apakah Itu Momentum?... 2 Penugasan... 5 UNIT 2 HUKUM KEKEKALAN MOMENTUM DAN TUMBUKAN... 6 Penugasan... 8 Rangkuman... 9 Uji Kompetensi... 9 Kunci Jawaban Kriteria Pindah Modul Daftar Pustaka Kami mengucapkan terimakasih atas partisipasi dari Pusat Kurikulum dan Perbukuan Kemdikbud, para akademisi, pamong belajar, guru, tutor pendidikan kesetaraan dan semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penyusunan modul ini. Jakarta, Desember 2017 Direktur Jenderal Harris Iskandar ii Fisika Paket C Tingkatan V Modul Tema 5 Antara Bersatu dan Berpisah iii

4 ANTARA BERSATU DAN BERPISAH Petunjuk Penggunaan Modul Modul ini disusun untuk Paket C kelas X. Modul ini disusun secara berurutan sesuai dengan urutan materi yang perlu dikuasai. Modul ini dilengkapi dengan uraian materi sebagai sumber pengetahuan dan penugasan, latihan serta evaluasi untuk menguji pemahaman dan penguasaan materi peserta didik. Agar lebih memahami materi modul ini, lakukanlah langkah-langkah berikut: 1. Yakinkan diri Anda sudah siap belajar 2. Berdoalah sebelum memulai belajar 3. Bacalah dan pahami materi dalam modul 4. Catatlah materi yang kurang dipahami 5. Diskusikan materi yang belum dipahami dengan teman atau pendidik 6. Kerjakan latihan dantugas yang terdapat dalam modul 7. Jika telah memalahi seluruh materi maka kerjakanlah evaluasi akhir modul 8. Selamat belajar! Tujuan Pembelajaran Modul Setelah mempelajari modul ini peserta didik diharapkan dapat mendeskripsikan terjadinya mo mentum, impuls dan peristiwa tumbukan pada kehidupan sehari-hari. Pengantar Modul Tinju adalah olahraga dan seni bela diri yang menampilkan dua orang partisipan dengan berat yang serupa bertanding satu sama lain dengan menggunakan tinju mereka. Semakin cepat dan kuat pukulan yang dilayangkan maka kemungkinan menang akan semakin besar. Pemakaian sarung tinju dimaksudkan agar cedera dampak dari pukulan yang diterima oleh lawan tidak terlalu serius. Sama dengan kejadian ketika menendang bola dan menendang batu. Ketika menendang batu kaki terasa lebih sakit dibanding saat menendang bola. Peristiwa-peristiwa tersebut dapat dijelaskan dengan konsep impuls. iv Fisika Paket C Tingkatan V Modul Tema 5 Antara Bersatu dan Berpisah 1

5 IMPULS DAN MOMENTUM Apakah Impuls Itu? Impuls didefi nisikan sebagai perkalian antara gaya rata-rata dengan waktu kontak antara dua benda. Gambar mobil berhadapan dengan sebuah pohon Gambar sepeda berhadapan dengan sebuah pohon I = F. t Dengan F adalah gaya rata-rata (N) dan t waktu kontak (s). Gaya F merupakan besaran vektor maka impuls juga merupakan besaran vektor yang arahnya searah dengan gaya F. Satuan Impuls adalah N.s atau Kg.m.s. Mobil dan sepeda masing-masing memiliki kecepatan yang sama sebesar vm dan vs, kemudian keduanya menabrak sebuah pohon yang sama. pohon mana yang mengalami kerusakan lebih serius? Jadi, faktor-faktor yang mempengaruhi impuls adalah gaya rata-rata dan waktu kontak. Pada pemain tinju, agar pukulan dapat merobohkan lawan harus dilakukan dengan cepat dan kuat. Gaya rata-rata petinju besar dengan waktu kontak yang singkat sehingga menghasilkan rasa sakit yang lebih besar dibandingkan pukulan yang pelan. Pada saat menendang bola waktu kontak kaki dengan bola lebih lama karena bola lebih elastis dibandingkan batu. Sehingga kaki terasa sakit ketika menendang batu dikarenakan waktu kontaknya lebih cepat maka impulsnya lebih besar. Jadi untuk gaya rata-rata yang sama besar akan memberikan impuls yang kecil jika waktu kontaknya juga kecil dan memberikan impuls yang besar jika waktu kontaknya juga besar. Impuls timbul karena gaya kontak yang bekerja pada sebuah benda dalam waktu yang relatif singkat. Bisa dipastikan untuk mengukur impuls secara langsung akan sulit. Untuk mengukur impuls dari pukulan seorang petinju pada badan lawan, perlu diukur gaya rata-rata yang diberikan oleh tinju pada badan lawan dan lamanya kontak tinju dengan badan lawan. Hal ini sulit dilakukan karena gaya yang diberikan tinju sangat bervariasi dan lama tinju kontak dengan badan lawan sangat singkat. Untuk memudahkan pengukuran mengukur impuls kita gunakan konsep momentum. Apakah Itu Momentum? Untuk memudahkan memahami konsep momentum perhatikan gambar berikut. Gambar orang pertama sedang menembak papan sasaran dengan senapan, orang kedua melempar bola ke papan sasaran Ketika peluru dan bola sama-sama mengenai papan sasaran, manakah yang akan merusak papan lebih serius? Momentum didefiniskan sebagai hasil kali antara massa benda dan kecepatannya. p = m.v Dimana: m adalah massa (kg), v adalah kecepatan (m/s), p adalah momentum yang memiliki satuan (kg.m.s). 2 Fisika Paket C Tingkatan V Modul Tema 5 Antara Bersatu dan Berpisah 3

6 Jadi, faktor yang mempengaruhi momentum adalah massa benda itu dan kecepatannya. Dari ilustrasi di atas saat mobil yang memiliki massa lebih besar menabrak pohon akan menimbulkan efek yang lebih serius dibandingkan sepeda yang memiliki massa lebih kecil. Pada saat peluru yang memiliki massa lebih kecil dibandingkan bola namun memiliki kecepatan yang lebih besar dapat menimbulkan kerusakan yang lebih besar dibandingkan bola. Dapat disimpulkan bahwa besar kecilnya momentum suatu benda bergantung pada cepat atau lambatnya benda itu bergerak, dan besar kecilnya massa benda. Konsep momentum bisa dipakai untuk menentukan besarnya impuls. Perhatikan kegiatan berikut. Pemakaian konsep impuls dan momentum sangat banyak dijumpai dalam kehidupan seharihari antara lain 1) Dalam bidang olahraga Seorang pesilat yang hendak memecahkan tumpukan 2) Dalam Desain Kendaraan Setelah mempelajari materi momentum dan impuls kita bisa tahu bahwa sangat berbahaya berkendara dengan laju kencang dan beban berlebih. Karena akibatnya kendaraan akan lebih sulit untuk dihentikan sehingga rawan terjadi kecelakaan. A F B v 1 v 2 B PENUGASAN Pada gambar di atas bola B sedang bergerak dengan kecepatan tetap v 0. Tiba-tiba bola bola A menabrak bola B sehingga kecepatan bola B berubah menjadi v 1. Dari kinematika gerak, bola B mengalami percepatan sebesar a = v t = v - v 2 1 = t Dari hukum II Newton didapatkan bahwa nilai a adalah a = Gabungan kedua persamaan ini memberikan f m Trampoline adalah alat yang terdiri dari sepotong kain yang kencang dan diregangkan di atas bingkai baja dengan menggunakan banyak pegas yang melingkar. Orang memantul pada trampolin untuk tujuan rekreasi dan kompetitif. Apakah mungkin menggunakan trampoline untuk menyelamatkan orang-orang yang hendak menjatuhkan diri dari sebuah gedung? Jelaskan menggunakan konsep momentum dan impuls! f v 2 - v 1 m = t F. t = mv 2 - mv 1 Sesuai dengan konsep impuls dan momentum dapat ditulis, I = p 2 - p 1 I = p Dengan p 2 adalah momentum akhir dan p1 adalah momentum awal, dan Δp adalah perubahan momentum. Jadi, hubungan antara impuls dengan momentum dapat dinyatakan bahwa impuls adalah perubahan momentum benda. 4 Fisika Paket C Tingkatan V Modul Tema 5 Antara Bersatu dan Berpisah 5

7 HUKUM KEKEKALAN MOMENTUM DAN TUMBUKAN Diketahui bahwa menurut hukum kekekalan momentum jumlah momentum sebelum bertumbukan sama dengan jumlah momentum sesudah tumbukan. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut p awal = p akhir p 1 + p 2 = p 1 ' + p 2 ' m 1 v 1 + m 2 v 2 = m 1 v 1 ' + m 2 v 2 ' Dalam tumbukan terdapat koefisien restitusi yaitu perbandingan antara beda kecepatan sesudah tumbukan dengan beda kecepatan sebelum tumbukan. e = v' v = v ' - v ' 2 1 v 2 - v 1 Koefisien restitusi juga dianggap sebagai ukuran kelentingan suatu tumbukan. Bila dianggap tidak ada gaya dari luar sistem gundu, berdasarkan gambar terlihat bahwa terjadi pertukaran energi dari gundu pertama ke gundu kedua. Berdasarkan jumlah energi yang diterima oleh gundu kedua, tumbukan dibagi menjadi 3 jenis. Dalam permainan gundu, ketika gundu pertama yang sedang diam dihantam dengan gundu kedua maka gundu pertama akan bergerak dan gundu yang kedua akan berhenti. Bila diperhatikan gundu pertama yang awalnya bergerak kemudian diam setelah tumbukan, sementara gundu kedua awalnya diam kemudian bergerak setelah tumbukan. Setiap gundu mengalami perubahan momentum, dimana jumlah momentum sebelum tumbukan dan setelah tumbukan nilainya sama pernyataan ini dikenal sebagai defi nisi dari hukum kekekalan momentum. v 2 = 0 v 1 = 0 a. Tumbukan Lenting Sempurna Pada tumbukan jenis ini seluruh energi dari benda pertama ditransfer seluruhnya pada benda kedua. Bisa dikatakan bahwa pada tumbukan ini tidak ada energi yang hilang. Maka pada tumbukan lenting sempurna, selain berlaku hukum kekekalan momentum berlaku juga hukum kekekalan energi kinetik. Ek awal = Ek awal Nilai koefisien restitusi untuk tumbukan lenting sempurna adalah e = 1 b. Tumbukan Tidak Lenting Pada tumbukan jenis ini sebagian energi dari benda pertama ditransfer ke benda kedua dan sebagian energi lain diubah menjadi bentuk energi lain seperti energi panas dan energi bunyi. Nilai koefisien restitusi untuk tumbukan tidak lenting adalah e = 0 v 1 m 2 m 1 m 2 m 1 m 1 m 2 Sebelum Tumbukan Saat Tumbukan Sesudah Tumbukan v 2 c. Tumbukan Lenting Sebagian Pada tumbukan jenis ini, kecepatan benda setelah tumbukan sama besar (kedua benda saling melekat). Nilai koefisien restitusi untuk tumbukan lenting sebagian adalah 0 < e < 1. 6 Fisika Paket C Tingkatan V Modul Tema 5 Antara Bersatu dan Berpisah 7

8 PENUGASAN Rangkuman Roket Mini Tujuan: Menerapkan konsep hukum kekekalan momentum Media: 1. Impuls didefinisikan sebagai perkalian antara gaya rata-rata dengan waktu kontak antara dua benda 2. Momentum merupakan benda bermassa m yang bergerak dengan kecepatan v 3. Hukum kekekalan momentum menyatakan bahwa jumlah momentum sebelum bertumbukan sama dengan jumlah momentum sesudah tumbukan. 1. Alumunium foil/bagian perak dari bungkus rokok 2. Korek api 3. Gunting 4. Lilin 5. Staples Langkah-langkah Kegiatan: 1. Gunting alumunium foil berukuran 5 cm x 3 cm 2. Ambil dua batang korek api, hubungkan kedua pentulnya 3. Bungkus kedua pentul yang sudah dihubungkan dengan alumunium foil 4. Longgarkan salah satu bungkusan korek api 5. Letakkan korek yang sudah dibungkus pada staples untuk diluncurkan. 6. Bakar dengan menggunakan lilin pada bagian tengah alumunium foil Kesimpulan: UJI KOMPETENSI 1. Seorang pemburu menggunakan peluru bermassa 2 gram. Bila kecepatan peluru yang dihasilkan adalah 100 m/s maka momentum yang dialami peluru adalah... a. 0,1 N.s b. 0,2 N.s c. 0,4 N.s d. 0,5 N.s e. 0,6 N.s 2. Sebuah mobil memiliki massa kg bergerak dengan kecepatan 5 m/s ke arah utara. Sela ma 4 sekon mobil mengalami percepatan sebesar 1 m/s2. Besar impuls yang dialami mobil adalah... a N.s b N.s c N.s d N.s e. 500 N.s 3. Seorang pemain bola menendang bola sehingga mengalami impuls sebesar 8 N.s. Bila waktu kontak antara kaki dan bola adalah 0,1 s maka besar gaya yang dialami bola adalah... a. 0,8 N b. 8 N c. 80 N d. 10 N e. 40 N 8 Fisika Paket C Tingkatan V Modul Tema 5 Antara Bersatu dan Berpisah 9

9 4. Dua buah benda bergerak saling mendekati seperti pada gambar. A m A = 2 kg v A = 12 m/s m B = 6 kg v B = 3 m/s Kedua benda bertabrakan dan menyebabkan benda B berbalik arah dengan kecepatan 4 m/s maka kecepatan benda A setelah tabrakan adalah... a. 3 m/s berlawanan dengan arah semula b. 3 m/s searah dengan arah semula c. 15 m/s searah dengan arah semula d. 21 m/s searah dengan arah semula e. 39 m/s berlawanan dengan arah semula 5. Sebuah bola tenis massanya 80 gram dipukul hingga bergerak dengan kecepatan 5 m/s dalam arah tegak lurus seperti pada gambar. Jika bola memantul dengan besar kecepatan yang sama, maka besar impuls yang dialami bola adalah... a. 0,1 N.s b. 0,4 N.s c. 0,5 N.s d. 0,6 N.s e. 0,8 N.s 6. Dua buah benda bergerak seperti pada gambar. Jika kemudian terjadi tumbukkan lenting sempurna dan kecepatan benda A dan B setelah tumbukan berturut-turut 5 m/s dan 10 m/s maka kecepatan benda B sebelum tumbukkan adalah... a. 2 m/s b. 4 m.s c. 5 m/s d. 8 m/s e. 10 m/s A m A = 20 kg m v' v A = 6 m/s B B v = 10 kg B v B 7. Pada sebuah benda bermassa 0,4 kg bekerja impuls seperti pada gambar di samping. Perubah an kecepatan benda karena pengaruh im puls tersebut adalah... a. 20 m/s b. 30 m/s c. 40 m/s d. 60 m/s e. 80 m/s 8. Benda bermassa 200 gram bergerak dengan laju 6 m/s. untuk menghentikan laju benda tersebut, gaya penahan F bekerja selama 0,3 s. Besar gaya F adalah... a. 1 N b. 2 N c. 4 N d. 6 N e. 8 N 9. Seorang anak yang massanya 40 kg naik perahu. Kecepatan dan massa perhau masingmasing adalah 6 m/s dan 80 kg. Tiba-tiba anak tersebut melompat ke dalam air dengan kecepatan 8 m/s berlawanan arah dengan arah gerak perahu. Sesaat setelah anak tersebut melompat, kecepatan perahu menjadi a. 4 m/s b. 5 m/s c. 7 m/s d. 13 m/s e. 18 m/s 10. Dua benda dengan massa 2 kg dan 4 kg bergerak berlawanan arah dengan kecepatan 10 m/s dan 20 m/s. Jika setelah tumbukkan kedua benda bersatu, besarnya energi yang hilang pada saat terjadi tumbukkan adalah... a. 900 J b. 600 J c. 400 J d. 300 J e. 200 J 11. Jika terjadi tumbukkan lenting sempuran, akan berlaku: (1) Hukum kekekalan energi mekanik (2) Hukum kekekalan energi kinetik 40 F (N) 0 0,2 0,4 t (s) 10 Fisika Paket C Tingkatan V Modul Tema 5 Antara Bersatu dan Berpisah 11

10 (3) Hukum kekekalan impuls (4) Hukum kekekalan momentum Pernyataan yang benar adalah... a. (1), (2), dan (3) b. (1) dan (3) c. (2) dan (4) d. (4) saja e. Semua benar 12. Peluru bermassa 40 gram bergerak dengan kecepatan 100 m/s menembus sebuah balok yang massanya 5 kg yang mula-mula diam di atas sebuah lantai datar yang licin. Kecepatan peluru setelah menembus balok adalah 40 m/s. kecepatan balok yang ditembus oleh peluru adalah... a. 0,48 m/s b. 0,36 m/s c. 0,24 m/s d. 0,12 m/s e. 0,10 m/s 13. Dua benda bermassa sama bergerak berlawanan arah dengan kecepatan 8 m/s dan 4 m/s. Kedua benda bertumbukkan lenting sempurna. Kelajuan setiap benda setelah bertumbukkan adalah... a. 2 m/s dan 6 m/s b. 6 m/s dan 2 m/s c. 4 m/s dan 8 m/s d. 6 m/s dan 10 m/s e. 10 m/s dan 6 m/s 14. Sebuah bola tenis jatuh bebas dari ketinggian 6 meter. Jika koefisien restitusi antara bola pingpong dan 0,6, setelah menumbuk lantai bola pingpong akan terpantul dengan ketinggian... a. 5,25 m b. 4,25 m c. 3,25 m d. 2,25 m e. 1,25 m 15. Untuk memperbesar gaya yang ditransfer selama tumbukan, yang perlu dilakukan adalah... a. Menambah waktu kontak b. Mengurangi waktu kontak dan memperbesar kecepatan c. Menambah waktu kontak dan memperkecil kecepatan d. Mengurangi waktu kontak dan memperkecil kecepatan e. Tidak perlu tambahan apapun 16. Dua buah benda massanya 2 kg dan 6 kg bergerak berlawanan arah dengan kecepatan masing-masing 10 m/s dan 2 m/s. jika terjadi tumbukan lenting sebagian dengan koefi sien restitusi 0,5, kecepatan masing-masing benda setelah bertumbukkan adalah a. 2,5 m/s dan 3,5 m/s b. - 2,5 m/s dan 3,5 m.s c. 2,5 m/s dan 3,5 m/s d. 3,5 m/s dan 2,5 m/s e. 3,5 m/s dan 2,5 m/s 17. Sebuah bola A mempunyai momentum p bertumbukkan dengan bola B hingga setelah tumbukkan momentum bola A menjadi 4p. perubahan momentum bola B adalah a. 2p b. 3p c. 4p d. 5p e. 6p 18. Dua buah bola A dan bola B bergerak berlawanan. Momentum masing-masing bola sebelum terjadi tumbukan adalah 2p dan 4p. Momentum bola B setelah tumbukan adalah 2p dan tumbukan yang terjadi adalah lenting sempurna. Maka perubahan momentum bola A adalah a. 2p b. 3p c. 4p d. 5p e. 6p 19. Balok kayu bermassa 0,80 kg digantung seutas tali yang panjangnya L. Kemudian, balok tersebut ditembak dengan sebutr peluru bermassa 200 gram. Setelah peluru menumbuk balok, peluru bersarang pada balok. Kemudian, balok bersama peluru bergerak dan hingga mencapai ketinggian 20 cm. Kecepatan peluru saat menumbuk balok adalah a. 10 m/s b. 20 m/s c. 30 m/s d. 40 m/s e. 50 m/s 12 Fisika Paket C Tingkatan V Modul Tema 5 Antara Bersatu dan Berpisah 13

11 Kunci Jawaban 1. (B) 0,2 N.s 2. (C) N.s 3. (C) 80 N 4. (A) 3 m/s berlawanan dengan arah semula 5. (E) 0,8 N.s 6. (D) 8 m/s 7. (B) 30 m/s 8. (C) 4 N 9. (D) 13 m/s 10. (B) 600 J 11. (C) (2) dan (4) 12. (B) 0,36 m/s 13. (C) 4 m/s dan 8 m/s 14. (D) 2,25 m 15. (B) Mengurangi waktu kontak dan memperbesar kecepatan 16. (D) 3,5 m/s dan 2,5 m/s 17. (B) 3p 18. (E) 6p 19. (A) 10 m/s KRITERIA PINDAH MODUL Rumus Tingkat penguasaan = Jumlah jawaban benar % Arti tingkat penguasaan yang Anda capai : % = Baik Sekali 80-89% = Baik 70-79% = Cukup <69 = Kurang Jika Anda mencapai tingkat penguasaan 70% atau lebih maka Anda dapat melanjutkan dengan kegiatan belajar berikutnya. Tetapi jika nilai Anda dibawah 70% sebaiknya Anda harus mengulangi mempelajari kegiatan belajar tersebut, terutama pada bagian yang belum Anda kuasai. 14 Fisika Paket C Tingkatan V Modul Tema 5 Antara Bersatu dan Berpisah 15

12 Daftar Pustaka Rosyid, M.F. dkk. (2017). Kajian Konsep Fisika untuk kelas X SMA dan MA. Solo. Tiga Serangkai. Kamajaya. (2017). Cerdas Belajar Fisika Untuk Kelas X SMA dan MA. Bandung. Grafindo Surya, Yohanes. (2009). Mekanika dan Fluida Buku 2. Tangerang. PT Kandel 16 Fisika Paket C Tingkatan V Modul Tema 5